JP2002315396A - 風力発電装置 - Google Patents

風力発電装置

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JP2002315396A
JP2002315396A JP2001115043A JP2001115043A JP2002315396A JP 2002315396 A JP2002315396 A JP 2002315396A JP 2001115043 A JP2001115043 A JP 2001115043A JP 2001115043 A JP2001115043 A JP 2001115043A JP 2002315396 A JP2002315396 A JP 2002315396A
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JP2001115043A
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Yasuyuki Okumura
康之 奥村
Satoshi Ueno
智 上野
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Panasonic Ecology Systems Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Seiko Co Ltd
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Publication date
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風力発電に使用される風力発電装置におい
て、低風速時の発電電力を有効利用し、任意風速におけ
る風力エネルギーを有効利用して、高効率で発電電力を
回収する風力発電装置を提供する事を目的とする。 【解決手段】 風車１、増速器２、発電機３、制御装置
４、バッテリー５、電流動作点決定手段６、および、風
速センサー７を備え、制御装置４は、電流動作点決定手
段６が決定した風速に応じて軸動力が最大となるトルク
動作点に相応する電流動作点となるように発電機３の出
力電流を制御する事により、任意風速において最大の軸
動力が得られるトルク動作点で風車１を運転して、高効
率に発電電力をバッテリー５に回収できる風力発電装置
を得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、風力エネルギーか
ら電力エネルギーを得る風力発電装置に関わり、特に広
い風速範囲での発電効率を向上させた中小容量型風力発
電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】風力発電装置のうち、商用電力系統に連
系して使用される大容量型風力発電装置では、風車に連
結された誘導電動機の回転子が商用周波数に対する同期
速度に達した場合、回転子の回転速度が同期速度となる
ように、同期運転制御がなされる。このような大容量型
風力発電装置では、風速の変化に対して回転子の回転速
度を商用周波数に同期した速度に維持するため、可変速
ピッチ風車など複雑で大掛かりな機械装置と、可変速コ
ンバータを用いて誘導電動機を同期速度に維持する複雑
な制御装置などを必要としていた。
【０００３】この点、中小容量型風力発電装置では、固
定ピッチ風車を使用する事で装置の簡略化を図り、風車
の回転数が商用周波数に同期した速度に維持できない低
風速時でも発電電力を有効に回収できるようにするため
に、発電機の発電電力を一旦整流した直流出力で直接バ
ッテリーを充電し、バッテリーを直流電源として利用可
能にする。さらに、この直流電力を連系インバータで交
流に変換して系統に連系されるような構成としていた。
【０００４】以下、その中小容量型風力発電装置につい
て図１６を参照しながら説明する。図に示すように、風
車１０１は増速器１０２を介して発電機１０３に連結
し、発電機１０３の交流出力を整流器１０４で整流し、
この整流器１０４の出力電圧をバッテリー１０５に充電
し、バッテリー１０５を直流電源として利用可能にす
る。さらに、バッテリー１０５の直流電力を連系インバ
ータ１０６によって周波数および電圧を制御した交流電
力に逆変換し、連系インバータ１０６の交流出力は独立
した電源として電力系統１０７に連系させる電源として
利用していた。
【０００５】図１７は、風速をパラメータとした風車１
０１に連結された発電機１０３の電圧と電流の相関特性
で、風速の大小に応じて発電機から最大の発電電力が得
られる最大出力点Ｐ1〜Ｐ5は図示するような位置に存在
している。バッテリーのインピーダンスは一定のため、
発電機１０３の付加インピーダンスが一定となり、発電
機１０３の負荷曲線は直線Ａに示すような直線となる
が、強風速時のある風速、例えば１２ｍ／ｓで最大定格
出力が得られるように、増速器１０２の増速比、発電機
１０３の巻き線数、または、発電機１０３の巻き線の配
線方法を最適化して、発電機の負荷曲線、すなわち直線
Ａが最大出力点Ｐ1を通るようにしていた。この場合、
風速が低風速〜中風速となるとき、例えば、風速が４ｍ
／ｓとなった場合では、発電機１０３の動作点は、発電
機１０３の負荷曲線である直線Ａと、発電機の電圧−電
流特性との交点Ｌ5となるが、風速４ｍ／ｓにおける最
大出力点Ｐ5から大きくはずれてしまい、風速４ｍ／ｓ
の風力エネルギーから取得できる最大の発電電力と比較
して大幅に低下してしまうという傾向があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の風力
発電装置では、強風速時に整流器１０４の出力電圧がバ
ッテリー１０５の電圧より大きい場合、発電電力をバッ
テリー１０５の電力、さらに、系統１０７の電力へと取
り出す事はできるが、低風速時に整流器１０４の電圧が
バッテリー電圧より小さい場合、バッテリーへの充電電
流は零となり、発電電力を有効利用できないという問題
点を有していた。
【０００７】また、従来の風力発電装置では、強風速時
で最大出力を得られるように、発電機１０３の負荷曲線
を最適化した場合、バッテリー１０５のインピーダンス
が一定となるため、低風速時、または、中風速時の動作
点が同風速における最大出力点から大きくはずれてしま
い、取得できる電力が大幅に低下し、この風速に応じた
風力エネルギーから取得できる最大の電力に対して下ま
わるため、発電電力を高効率で回収できなくなるという
問題点を有していた。
【０００８】以上述べたように、従来の風力発電機で
は、低風速時の発電電力をバッテリーまたは系統に回収
できないという課題があり、また、低風速時または中風
速時の風力エネルギーを有効利用して、電力エネルギー
を高効率でバッテリーまたは系統に回収する事が理論的
に不可能であるという課題があり、低風速時の発電電力
をバッテリーまたは系統に回収して、広い風速範囲で風
力エネルギーを有効利用して、発電電力を高効率で回収
できるようにすることが要求されている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の風力発電装置は
上記目的を達成するために、風車で駆動される発電機よ
り発電電力を得るようにした風力発電装置において、風
速に応じて前記風車の軸動力が最大となるトルク動作点
に相応する前期発電機の電流動作点を決定する電流動作
点決定手段を有し、前記発電機から出力される電流を該
電流動作点となるように制御することにより、前記風車
の軸動力が最大となるトルク動作点で風車を運転して、
前記発電機より最大電力を取り出す事ができるようにし
た制御装置を備えた事を特徴とする風力発電装置とした
ものである。
【００１０】本発明によれば、広い風速範囲で、風力エ
ネルギーを有効利用して、高効率に発電電力を回収する
ことができる風力発電装置が得られる。
【００１１】また他の手段は、電流動作点決定手段は、
風速を一定とした場合の風車のトルクと軸動力の関係を
示す風車の出力特性曲線において、該軸動力が最大とな
る動作点から前記風車の軸動力が最大となる風速と前記
風車のトルクとの相関曲線を求め、該相関曲線から、風
速の現在値において軸動力が最大値をとる前記風車のト
ルクをトルク動作点として決定し、前記風車のトルクと
出力電流の相関曲線から、該トルク動作点に相応する発
電機の出力電流を電流動作点として決定する事を特徴と
する請求項１記載の風力発電装置 としたものである。
【００１２】そして本発明によれば、広い風速範囲で風
力エネルギーを有効利用して、高効率に発電電力を回収
することができる風力発電装置が得られる。
【００１３】また他の手段は、電流動作点決定手段は、
風速を一定とした場合の発電機の電流と発電電力の関係
を示す出力特性曲線において、該発電電力が最大となる
動作点から前記発電機の発電電力が最大となる風速と前
記発電機の発電電力との相関曲線を求め、該相関曲線か
ら、風速の現在値において前記発電機の発電電力が最大
となる前記発電機の出力電流を電流動作点として決定す
る事を特徴とする請求項１記載の風力発電装置としたも
のである。
【００１４】そして本発明によれば、広い風速範囲で風
力エネルギーを有効利用して、高効率に発電電力を回収
することができる風力発電装置が得られる。
【００１５】また他の手段は、発電機の出力電流を電流
動作点決定手段が決定した電流動作点となるように制御
しつつ、前記発電機の単相または多相の交流出力を直流
電力に変換する定入力電流コンバータを有する制御装置
を備えた事を特徴とする請求項１、２または３記載の風
力発電装置としたものである。
【００１６】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００１７】また他の手段は、発電機の単相または多相
の交流出力を整流する整流回路と、電流動作点決定手段
が決定した電流動作点となるように前記発電機の出力電
流を制御しつつ前記整流回路の出力電圧を昇圧する定入
力電流昇圧回路を有する制御装置を備えた事を特徴とす
る請求項１、２または３記載の風力発電装置としたもの
である。
【００１８】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００１９】また他の手段は、発電機の単相または多相
の交流出力を整流する整流回路と、電流動作点決定手段
が決定した電流動作点となるように前記発電機の出力電
流を制御しつつ、前記整流回路の出力電圧を昇圧または
降圧する定入力電流昇降圧回路を有する制御装置を備え
た事を特徴とする請求項１、２または３記載の風力発電
装置としたものである。
【００２０】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００２１】また他の手段は、発電機の発電出力を充電
装置に充電することで発電電力を回収するようにした風
力発電装置において、前記発電機の出力電流が電流動作
点決定手段が決定した電流動作点となるのに相応する前
記充電装置に供給する電流を設定値として決定する電流
設定値決定手段と、前記発電機の単相または多相の交流
出力を整流する整流回路と、前期整流回路の出力電圧が
前記充電装置の充電電圧よりも高い一定の直流電圧に昇
圧する定電圧昇圧回路と、該電流設定値となるように前
記充電装置に供給する電流を制御しつつ前記定電圧昇圧
回路が昇圧した一定の直流電圧を前記充電装置の充電電
圧に降圧する定電流降圧回路を備え、前記充電装置に供
給する電流が該電流設定値となるように制御する事によ
り、前記発電機の出力電流が該電流動作点となるように
制御する制御装置を備えた事を特徴とする請求項１、２
または３に記載の風力発電装置としたものである。
【００２２】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００２３】また他の手段は、発電機の発電出力を系統
に出力することで発電電力を回収するようにした風力発
電装置において、前記発電機の出力電流が電流動作点決
定手段が決定した電流動作点となるのに相応する前記系
統に供給する電流を電流設定値として決定する電流設定
値決定手段と、前記発電機の単相または多相の交流出力
を整流する整流回路と、前期整流回路の出力電圧が前記
系統の充電電圧よりも高い一定の直流電圧に昇圧する定
電圧昇圧回路と、該電流設定値となるように前記系統に
供給する電流を制御しつつ前記定電圧コンバータが変換
した一定電圧の直流電力を前記系統への交流電力に変換
する定電流連系インバータを備え、前記系統に供給する
電流が該電流設定値となるように制御する事により、前
記発電機の出力電流が該電流動作点となるように制御す
る制御装置を備えた事を特徴とする請求項１、２または
３記載の風力発電装置としたものである。
【００２４】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００２５】また他の手段は、発電機の発電出力を充電
装置に充電することで発電電力を回収するようにした風
力発電装置において、前記発電機の出力電流が電流動作
点決定手段が決定した電流動作点となるのに相応する前
記充電装置に供給する電流を電流設定値として決定する
電流設定値決定手段と、前記発電機の単相または多相の
交流出力を整流する整流回路と、該電流設定値となるよ
うに前記充電装置に供給する電流を制御しつつ前期整流
回路が整流した直流電圧を前記充電装置の充電電圧に昇
圧または降圧する定電流昇降圧回路を備え、前記充電装
置に供給する電流が該電流設定値となるように制御する
事により、前記発電機の出力電流が該電流動作点となる
ように制御する制御装置を備えた事を特徴とする請求項
１、２または３記載の風力発電装置としたものである。
【００２６】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００２７】また他の手段は、発電機の発電出力を充電
装置に充電することで発電電力を回収するようにした風
力発電装置において、前記発電機の出力電流が電流動作
点決定手段が決定した電流動作点となるのに相応する前
記充電装置に供給する電流を電流設定値として決定する
電流設定値決定手段と、前記発電機の単相または多相の
交流出力を系統の交流電圧の最大値よりも高い一定電圧
の直流電力に変換する定電圧コンバータと、該電流設定
値となるように前記充電装置に供給する電流を制御しつ
つ前記定電圧コンバータが変換した一定電圧の直流電圧
を前記充電装置の充電電圧に降圧する定電流降圧回路を
備え、前記充電装置に供給する電流が該電流設定値とな
るように制御する事により、前記発電機の出力電流が該
電流動作点となるように制御する制御装置を備えた事た
事を特徴とする請求項１、２または３記載の風力発電装
置としたものである。
【００２８】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００２９】また他の手段は、発電機の発電出力を系統
に出力することで発電電力を回収するようにした風力発
電装置において、前記発電機の出力電流が電流動作点決
定手段が決定した電流動作点となるのに相応する前記系
統に供給する電流を電流設定値として決定する電流設定
値決定手段と、前記発電機の単相または多相の交流出力
を系統の交流電圧の最大値よりも高い一定電圧の直流電
力に変換する定電圧コンバータと、該電流設定値となる
ように前記系統に供給する電流を制御しつつ前記定電圧
コンバータが変換した一定電圧の直流電力を前記系統へ
の交流電力に変換する定電流連系インバータを備え、前
記系統に供給する電流が該電流設定値となるように制御
する事により、前記発電機の出力電流が該電流動作点と
なるように制御する制御装置を備えた事を特徴とする請
求項１、２または３記載の風力発電装置としたものであ
る。
【００３０】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００３１】また他の手段は、電流動作点決定手段が決
定した電流動作点と発電機の出力電圧実効値と定電圧昇
圧回路の電力変換効率と定電流降圧回路の電力変換効率
の積を充電装置の充電電圧で割った商を前記充電装置に
供給する電流設定値として決定する電流設定値決定手段
を備えたことを特徴とする請求項７記載の風力発電装置
としたものである。
【００３２】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００３３】また他の手段は、電流動作点決定手段が決
定した電流動作点と発電機の出力電圧実効値と定電圧昇
圧回路の電力変換効率と定電流連系インバータの電力変
換効率の積を系統の電圧実効値で割った商を前記系統に
供給する出力電流の設定値として決定する電流設定値決
定手段を備えたことを特徴とする請求項８記載の風力発
電装置としたものである。
【００３４】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００３５】また他の手段は、電流動作点決定手段が決
定した電流動作点と発電機の出力電圧実効値と定電流昇
降圧回路の電力変換効率の積を充電装置の充電電圧で割
った商を前記充電装置に供給する出力電流の設定値とし
て決定する電流設定値決定手段を備えたことを特徴とす
る請求項９記載の風力発電装置としたものである。
【００３６】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００３７】また他の手段は、電流動作点決定手段が決
定した電流動作点と発電機の出力電圧実効値と定電圧コ
ンバータの電力変換効率と定電流降圧回路の電力変換効
率の積を系統の電圧実効値で割った商を前記系統に供給
する出力電流の設定値として決定する電流設定値決定手
段を備えたことを特徴とする請求項１０記載の風力発電
装置としたものである。
【００３８】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００３９】また他の手段は、電流動作点決定手段が決
定した電流動作点と発電機の出力電圧実効値と定電圧コ
ンバータの電力変換効率と定電流連系インバータの電力
変換効率の積を系統の電圧実効値で割った商を前記系統
に供給する出力電流の設定値として決定する電流設定値
決定手段を備えたことを特徴とする請求項１１記載の風
力発電装置としたものである。
【００４０】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００４１】また他の手段は、発電機のエネルギー変換
効率が、前記発電機の出力電流の利用範囲で、限りなく
１００％に近い平坦な特性となるように前記発電機を最
適化した事を特徴とする請求項１、２または３記載の風
力発電装置としたものである。
【００４２】そして本発明によれば、低風速時の発電電
力を回収することができ、広い風速範囲で風力エネルギ
ーを有効利用して、高効率に発電電力を回収することが
できる風力発電装置が得られる。
【００４３】
【発明の実施の形態】本発明は、電流動作点決定手段に
より、風速に応じて風車の軸動力が最大となる風車のト
ルク動作点に相応する発電機の電流動作点を決定し、該
電流動作点となるように発電機の出力電流を定電流制御
したものであり、発電機に連結された風車のトルクは、
風車の回転数に依存せず発電機の電流にのみ依存し、発
電機の出力電流実効値に比例するので、発電機の出力電
流が該電流動作点となるように制御すれば、風車のトル
クが該トルク動作点となるように風車を運転する事がで
き、任意風速において風車から最大の軸動力を得ること
ができるという作用を有する。
【００４４】また、風速を一定とした場合のトルクと軸
動力の相関を示す風車の出力特性より、風車の軸動力が
最大となる風速と風車のトルクとの相関曲線を得るよう
にしたものであり、任意風速において、軸動力が最大と
なる風車のトルク動作点を確実に決定することができ、
さらに、風車のトルクと発電機の出力電流の相関曲線か
ら、該トルク動作点に相応する発電機の電流動作点を決
定するようにしたものであり、任意風速における風車の
軸動力が最大となる発電機の電流動作点を確実に決定す
る事ができるという作用を有する。
【００４５】また、風速を一定とした場合の発電機の電
流と発電電力の相関を示す風車に連結された発電機の出
力特性より、発電電力が最大となる風速と発電機の電流
との相関曲線を得るようにしたものであり、任意風速に
おいて発電電力が最大となる発電機の電流動作点を確実
に決定する事ができるという作用を有する。
【００４６】また、電流動作点決定手段が決定した電流
動作点となるように発電機の出力電流を制御しつつ、発
電機の単相または多相の交流出力を直流電力に変換した
ものであり、従来の風力発電装置において、低風速時に
得られる整流回路の出力電圧が充電装置の充電電圧より
も低くなるような場合でも、発電電力は充電装置へ供給
される電力として有効利用でき、直接的に発電機の出力
電流は電流動作点決定手段が決定した電流動作点で制御
され、任意風速において風車に連結された発電機から最
大の電力を回収し、広い風速範囲で風力エネルギーを有
効利用して高効率に発電電力を回収できるという作用を
有する。
【００４７】また、電流動作点決定手段が決定した電流
動作点となるように発電機の出力電流を制御しつつ、整
流回路の出力電圧を昇圧したものであり、従来の風力発
電装置において、低風速時に得られる整流回路の出力電
圧が充電装置の充電電圧よりも低くなるような場合で
も、発電電力は充電装置へ供給される電力として有効利
用でき、直接的に発電機の出力電流は電流動作点決定手
段が決定した電流動作点で制御され、任意風速において
風車に連結された発電機から最大の電力を回収し、広い
風速範囲で風力エネルギーを有効利用して高効率に発電
電力を回収できるという作用を有する。
【００４８】また、電流動作点決定手段が決定した電流
動作点となるように発電機の出力電流を制御しつつ、整
流回路の出力電圧を昇降圧したものであり、従来の風力
発電装置において、低風速時に得られる整流回路の出力
電圧が充電装置の充電電圧よりも低くなるような場合で
も、発電電力は充電装置へ供給される電力として有効利
用でき、直接的に発電機の出力電流は電流動作点決定手
段が決定した電流動作点で制御され、任意風速において
風車に連結された発電機から最大の電力を回収し、広い
風速範囲で風力エネルギーを有効利用して高効率に発電
電力を回収できるという作用を有する。
【００４９】また、電流設定値決定手段により、電流動
作点決定手段が決定した電流動作点に相応する充電装置
に供給する電流設定値を決定し、整流回路の出力電圧を
充電装置の充電電圧よりも高い一定の直流電圧に昇圧し
た後、該電流設定値となるように充電装置へ供給する電
流を制御しつつ、充電装置の充電電圧に降圧したもので
あり、従来の風力発電装置において、低風速時に得られ
る整流回路の出力電圧が充電装置の充電電圧よりも低く
なるような場合でも、発電電力は充電装置へ供給される
電力として有効利用でき、間接的に発電機の出力電流は
電流動作点決定手段が決定した電流動作点で制御され、
任意風速において風車に連結された発電機から最大の電
力を回収し、広い風速範囲で風力エネルギーを有効利用
して高効率に発電電力を回収できるという作用を有す
る。
【００５０】また、電流設定値決定手段により、電流動
作点決定手段が決定した電流動作点に相応する充電装置
に供給する電流設定値を決定し、整流回路の出力電圧を
系統の交流電圧の最大値よりも高い一定の直流電圧に昇
圧した後、該電流設定値となるように系統に供給する電
流を制御しつつ、定電圧昇圧回路が変換した一定電圧の
直流電力を系統への交流電力に変換して系統へ連系出力
したものであり、従来の風力発電装置において、低風速
時に得られる整流回路の出力電圧が充電装置の充電電圧
よりも低くなるような場合でも、発電電力は系統へ供給
される電力として有効利用でき、間接的に発電機の出力
電流は電流動作点決定手段が決定した電流動作点で制御
され、任意風速において風車に連結された発電機から最
大の電力を回収し、広い風速範囲で風力エネルギーを有
効利用して、高効率に発電電力を回収できるという作用
を有する。
【００５１】また、電流設定値決定手段により、電流動
作点決定手段が決定した電流動作点に相応する充電装置
に供給する電流設定値を決定し、該電流設定値となるよ
うに充電装置へ供給する電流を制御しつつ、整流回路の
出力電圧を充電装置の充電電圧に昇降圧したものであ
り、従来の風力発電装置において、低風速時に得られる
整流回路の出力電圧が充電装置の充電電圧よりも低くな
るような場合でも、発電電力は充電装置へ供給される電
力として有効利用でき、間接的に発電機の出力電流は電
流動作点決定手段が決定した電流動作点で制御され、任
意風速において風車に連結された発電機から最大の電力
を回収し、広い風速範囲で風力エネルギーを有効利用し
て高効率に発電電力を回収できるという作用を有する。
【００５２】また、電流設定値決定手段が決定した電流
設定値となるように充電装置へ供給する電流を制御しつ
つ、発電機の発電電力を、充電装置の充電電圧よりも高
い一定電圧の直流電力に変換した後、充電装置の充電電
圧に降圧したものであり、従来の風力発電装置におい
て、低風速時に得られる整流回路の出力電圧が充電装置
の充電電圧よりも低くなるような場合でも、発電電力は
充電装置へ供給される電力として有効利用でき、間接的
に発電機の出力電流は電流動作点決定手段が決定した電
流動作点で制御され、任意風速において風車に連結され
た発電機から最大の電力を回収し、広い風速範囲で風力
エネルギーを有効利用して高効率に発電電力を回収でき
るという作用を有する。
【００５３】また、発電機の発電電力を、系統の交流電
圧の最大値よりも高い一定電圧の直流電力に変換した
後、電流設定値決定手段が決定した電流設定値となるよ
うに系統へ供給する電流を制御しつつ、系統への交流電
力に変換して系統へ連系出力したものであり、従来の風
力発電装置において、低風速時に得られる整流回路の出
力電圧が充電装置の充電電圧よりも低くなるような場合
でも、発電電力は充電装置へ供給される電力として有効
利用でき、間接的に発電機の出力電流は 電流動作点決
定手段が決定した電流動作点で制御され、任意風速にお
いて風車に連結された発電機から最大の電力を回収し、
広い風速範囲で風力エネルギーを有効利用して高効率に
発電電力を回収できるという作用を有する。
【００５４】また、電流動作点決定手段が決定した電流
動作点と発電機の出力電圧実効値と定電圧昇圧回路の電
力変換効率と定電流降圧回路の電力変換効率の積を充電
装置の充電電圧で割った商が充電装置に供給される充電
電流となるように定電流降圧回路を制御するようにした
ものであり、発電機の出力電圧実効値と出力電流実効値
の積、すなわち、発電機の出力電力に定電圧昇圧回路の
電力変換効率と定電流降圧回路の電力変換効率の積を乗
じた電力は、充電装置への充電電圧と充電電流の積、す
なわち、定電流降圧回路の出力電力に保存されるので、
電流動作点決定手段が決定した電流動作点と発電機の出
力電圧実効値と定電圧昇圧回路の電力変換効率と定電流
降圧回路の電力変換効率の積を充電装置の充電電圧で割
った商が充電装置に供給される充電電流となるように定
電流降圧回路を制御すれば、間接的に発電機の出力電流
は電流動作点決定手段が決定した電流動作点で定電流制
御されるという作用を有する。
【００５５】また、電流動作点決定手段が決定した電流
動作点と発電機の出力電圧実効値と定電圧昇圧回路の電
力変換効率と定電流連系インバータの電力変換効率の積
を系統への出力電圧で割った商が系統に供給される電流
となるように定電流連系インバータを制御するようにし
たものであり、発電機の出力電圧実効値と出力電流実効
値の積、すなわち、発電機の出力電力に定電圧昇圧回路
の電力変換効率と定電流連系インバータの電力変換効率
を乗じた電力は、系統への出力電圧と出力電流の積、す
なわち、系統への出力電力に保存されるので、電流動作
点決定手段が決定した電流動作点と発電機の出力電圧実
効値と定電圧昇圧回路の電力変換効率と定電流連系イン
バータの電力変換効率の積を系統への出力電圧で割った
商が系統に供給される電流となるように定電流連系イン
バータを制御すれば、間接的に発電機の出力電流は電流
動作点決定手段が決定した電流動作点で定電流制御され
るという作用を有する。
【００５６】また、電流動作点決定手段が決定した電流
動作点と発電機の出力電圧実効値と昇降圧回路の電力変
換効率の積を充電装置の充電電圧で割った商が充電装置
に供給される充電電流となるように定電流昇降圧回路を
制御するようにしたものであり、発電機の出力電圧実効
値と出力電流実効値の積、すなわち、発電機の出力電力
に昇降圧回路の電力変換効率を乗じた電力は、充電装置
への充電電圧と充電電流の積、すなわち、定電流昇降圧
回路の出力電力に保存されるので、電流動作点決定手段
が決定した電流動作点と発電機の出力電圧実効値と定電
流昇降圧回路の電力変換効率の積を充電装置の充電電圧
で割った商が充電装置に供給される充電電流となるよう
に定電流昇降圧回路を制御すれば、間接的に発電機の出
力電流は電流動作点決定手段が決定した電流動作点で定
電流制御されるという作用を有する。
【００５７】また、電流動作点決定手段が決定した電流
動作点と発電機の出力電圧実効値と定電圧コンバータの
電力変換効率と定電流降圧回路の電力変換効率の積を充
電装置の充電電圧で割った商が充電装置に供給される充
電電流となるように定電流降圧回路を制御するようにし
たものであり、発電機の出力電圧実効値と出力電流実効
値の積、すなわち、発電機の出力電力に定電圧コンバー
タの電力変換効率と定電流降圧回路の電力変換効率を乗
じた電力は、充電装置の充電電圧と充電電流の積、すな
わち、定電流降圧回路の出力電力に保存されるので、電
流動作点決定手段が決定した電流動作点と発電機の出力
電圧実効値と定電圧コンバータの電力変換効率と定電流
降圧回路の電力変換効率の積を充電装置の充電電圧で割
った商が充電装置に供給される充電電流となるように定
電流降圧回路を制御すれば、間接的に発電機の出力電流
は電流動作点決定手段が決定した電流動作点で定電流制
御されるという作用を有する。
【００５８】また、電流動作点決定手段が決定した電流
動作点と発電機の出力電圧実効値と定電圧コンバータの
電力変換効率と定電流連系インバータの電力変換効率の
積を系統への出力電圧で割った商が系統に供給される電
流となるように定電流連系インバータを制御するように
したものであり、発電機の出力電圧実効値と出力電流実
効値の積、すなわち、発電機の出力電力に定電圧コンバ
ータの電力変換効率と定電流連系インバータの電力変換
効率を乗じた電力は、系統への出力電圧と出力電流の
積、すなわち、系統への出力電力に保存されるので、電
流動作点決定手段が決定した電流動作点と発電機の出力
電圧実効値と定電圧コンバータの電力変換効率と定電流
連系インバータの電力変換効率の積を系統への出力電圧
で割った商が系統に供給される電流となるように定電流
連系インバータを制御すれば、間接的に発電機の出力電
流は電流動作点決定手段が決定した電流動作点で定電流
制御されるという作用を有する。
【００５９】また、発電機のエネルギー変換効率が、発
電機の出力電流の利用範囲で、限りなく１００％に近い
平坦な特性となるように前記発電機を最適化したもので
あり、軸動力が最大となる時、同時に発電機より最大の
電力を回収すことができるという作用を有する。
【００６０】以下、本発明の実施例について図面を参照
しながら説明する。
【００６１】
【実施例】（実施例１）図１は本発明の実施例１の風力
発電装置を示す構成図である。
【００６２】図１に示すように、風車１は増速器２を介
して同期発電機３に連結されている。同期発電機３の３
相交流の発電出力は制御装置４を介してバッテリー５に
供給されるように接続されている。制御装置４は、電流
動作点決定手段６を有している。
【００６３】本発明の電流動作点決定手段６について図
２〜図４を使って説明する。
【００６４】図２は風速をパラメータとした風車１のト
ルクと軸動力の関係を示す風車の出力特性であって、こ
の出力特性より、風速Ｖk（ｋ＝１，２，３・・・）を
一定とした場合、軸動力が最大値となる最大動作点Ｐk
（ｋ＝１，２，３・・・）におけるトルク動作点は、図
示するＴk（ｋ＝１，２，３・・・）となる。電流動作
点決定手段６は、図２で示す最大動作点Ｐk（ｋ＝１，
２，３・・・）における風速ｖk（ｋ＝１，２，３・・
・）とトルク動作点Ｔk（ｋ＝１，２，３・・・）の関
係をプロットして、図３で示す軸動力が最大となる風速
とトルクの相関特性を求め、この相関特性において、風
速センサ７から計測した風速の現在値に対応するトルク
をトルク動作点として決定する。
【００６５】図４は同期発電機３に連結された風車１の
軸に発生するトルクと同期発電機３の出力電流実効値の
相関特性である。同期発電機２の軸に発生するトルクは
軸の回転速度に依存せず同期発電機２の出力電流のみに
依存し、同期発電機２の出力電流実効値に比例するトル
クが同期発電機３の軸に発生する。該トルクを増速器２
の増速比倍したトルクが風車１の軸に発生するので、風
車１の軸に発生するトルクは同期発電機２の出力電流実
効値に正比例し、該相関特性は直線となる。電流動作点
決定手段６は、図４の該相関曲線において、該トルク動
作点に相応する電流動作点を決定する。
【００６６】同期発電機３の３相の交流出力は、電流セ
ンサ８、コイル９〜１１、スイッチング素子１２〜１
７、および、キャパシタ１８より成る定入力電流コンバ
ータ１９により、同期発電機３の出力電流を電流動作点
決定手段６が決定した電流動作点となるように定電流制
御しつつ、バッテリー５の充電電圧よりも十分高い電圧
の直流電力に変換されキャパシタ１８に充電される。こ
こで、電流センサ８が計測した同期発電機３の出力電流
が、電流動作点決定手段６か決定した電流動作点となる
ようにスイッチング素子１２〜１７をＯＮ／ＯＦＦする
タイミングを制御する。
【００６７】図５は、増速器２を介して風車１に連結さ
れる同期発電機３の出力電流とエネルギー変換効率の相
関特性である。ここで、エネルギー変換効率とは、風車
１の軸出力に対する同期発電機３の発電電力の比として
いる。実施例の同期発電機１は極数を１６極、コイル巻
き数を９０ターン、鉄心回転半径を０．１４ｍ、コイル
数を２４個とする同期発電機を使っている。実施例の場
合、コイル４個を直列にしたものを２並列した１相分の
回路を、３相スター状に結線し、同期発電機１の出力電
流の動作範囲０．５Ａ〜６．０Ａで、エネルギー変換効
率が７０〜９０％となる平坦な特性となるように、同期
発電機１のコイルの結線方法を最適化してある。図５で
示す相関特性で明らかなように、風車１より得られた軸
動力の大部分が同期発電機３より発電電力に保存される
ようにしてある。同期発電機４の出力電流を該電流動作
点となるように制御して、風車１の軸動力が最大となる
該トルク動作点で風車１を運転すれば、軸動力の大部分
が発電電力に保存されるので、同時に最大の発電電力を
同期発電機３から回収することができる。
【００６８】キャパシタ１８に充電された直流電力は、
次段の電圧センサー２０、スイッチング素子２１、ダイ
オード２２、コイル２３、キャパシタ２４、および、電
流センサ２５より成る定電流降圧回路２６により、バッ
テリー5の充電電流をキャパシタ１８の端子間電圧とバ
ッテリー５の充電電圧の偏差電圧に比例した電流となる
ように定電流制御しつつ、バッテリー５の充電電圧に降
圧してバッテリー５に供給される。図６は偏差電圧と充
電電流との相関グラフである。電流センサ２５より計測
されたバッテリー５の充電電流が、電圧センサ２０より
計測された入力電圧とバッテリー５の充電電圧の偏差電
圧に比例する図６に示すような充電電流となるように、
スイッチング素２１をＯＮ／ＯＦＦするタイミングが制
御される。充電電圧が一定となるバッテリー５の充電電
力は充電電流に比例するので、該偏差電圧に比例した充
電電流をバッテリー５に供給するようにすれば、該偏差
電圧に比例した電力がバッテリー５に充電される。
【００６９】風速が増大すれば、同期発電機３の出力電
力は増大するとともに、電流動作点決定手段６により決
定される電流動作点も増大し、定入力電流昇圧回路１９
の入力電流および出力電流も増大し、キャパシタ１８の
充電電圧、すなわち、出力電圧が増大する。次段の定電
流降圧回路２６は、入力電圧とバッテリー５の充電電流
偏差電圧に比例した電力がバッテリー５に充電されるの
で、前段回路の出力電圧増大にともなって増大する電力
がバッテリー５に充電され、発電電力の大きさに応じた
電力がバッテリー５に充電されることになる。ここで、
定入力電流コンバータ１９および定電流降圧回路２６の
電力変換効率が７０〜９５％となる平坦な特性となると
ころで利用するようにすれば、同期発電機３より得られ
る発電電力の大部分をバッテリー５に回収する事ができ
る。
【００７０】上記構成により、整流回路３０の出力電力
は、定入力電流コンバータ１９により、バッテリー５の
充電電圧よりも十分高い直流電圧に昇圧された後、定電
流降圧回路２６により、バッテリー５の充電電圧に降圧
されてバッテリー５に供給されるので、従来の風力発電
装置において、風速レベルが低く、整流回路の出力電圧
がバッテリーの充電電圧よりも低くなるような場合で
も、発電電力はバッテリーへの充電電力として有効利用
される。
【００７１】さらに、同期発電機３の出力電流を該電流
動作点で定電流制御すると、任意風速の風力エネルギー
から得ることができる最大の軸動力を風車１から得る事
ができ、軸動力の大部分は同期発電機３より発電電力と
して得る事ができ、同期発電機３より回収される発電電
力の大部分は定入力電流コンバータ１９および定電流降
圧回路２６を経てバッテリー５に回収する事ができるの
で、同時にバッテリー５にも任意風速の風力エネルギー
から得ることができる最大の電力を回収する事ができ
る。任意風速の風力エネルギーから得る事ができる最大
の電力をバッテリー５に回収することができるので、風
力エネルギーを有効利用して、発電電力を高効率で回収
する事ができる。
【００７２】（実施例２）図７は本発明の実施例２の風
力発電装置を示す構成図である。図において、１〜３、
５〜８、２０〜２６は図１の実施例１と同様のものであ
り、その説明を省略する。
【００７３】図７に示すように、制御装置２７は実施例
１で述べた電流動作点決定手段６を有している。同期発
電機３の３相交流の発電電力は、ダイオード２８、平滑
コンデンサー２９よりなる整流回路３０により整流され
る。整流回路３０により整流された直流電力は、コイル
３１、スイッチング素子３２、ダイオード３３、およ
び、キャパシタ３４より成る定入力電流昇圧回路３５に
よって、電流動作点決定手段６が決定した電流動作点と
なるように同期発電機３の出力電流実効値を制御しつ
つ、バッテリー５の充電電圧よりも十分高い電圧値に昇
圧されキャパシタ３３に充電される。ここで、電流セン
サ８が計測した同期発電機３の出力電流の瞬時値より計
算した出力電流の実効値が、電流動作点決定手段６が決
定した電流動作点となるようにスイッチング素子３２を
ＯＮ／ＯＦＦするタイミングが制御される。
【００７４】同期発電機３は、実施例１に述べたのと同
様に、利用する出力電流の動作範囲において、エネルギ
ー変換効率が７０〜９０％となる平坦な特性となるよう
に最適化してあり、軸動力の大部分が発電電力に保存さ
れるようにしている。
【００７５】定入力電流昇圧回路３５および定電流降圧
回路２６は、実施例１で述べたのと同様に、電力変換効
率が７０〜９５％となる平坦な特性となるところで利用
するようにしてあり、同期発電機３より得られる発電電
力の大部分をバッテリー５に回収する事ができるように
している。
【００７６】上記構成により、整流回路３０の出力電力
は、定入力電流昇圧回路３５により、バッテリー５の充
電電圧よりも十分高い直流電圧に昇圧された後、定電流
降圧回路２６により、バッテリー５の充電電圧に降圧さ
れてバッテリー５に供給されるので、従来の風力発電装
置において、風速レベルが低く、整流回路の出力電圧が
バッテリーの充電電圧よりも低くなるような場合でも、
発電電力はバッテリーへの充電電力として有効利用され
る。
【００７７】さらに、同期発電機３の出力電流を該電流
動作点で定電流制御すると、任意風速の風力エネルギー
から得ることができる最大の軸動力を風車１から得る事
ができ、軸動力の大部分は同期発電機３より発電電力と
して得る事ができ、同期発電機３より回収される発電電
力の大部分は定入力電流昇圧回路３５および定電流降圧
回路２６を経てバッテリー５に回収する事ができるの
で、同時にバッテリー５にも任意風速の風力エネルギー
から得ることができる最大の電力を回収する事ができ
る。任意風速の風力エネルギーから得る事ができる最大
の電力をバッテリー５に回収することができるので、風
力エネルギーを有効利用して、発電電力を高効率で回収
する事ができる。
【００７８】（実施例３）図８は本発明の実施例３の風
力発電装置を示す構成図である。図において、１〜３、
５〜８は図１の実施例１と同様のもので、２８〜３０は
図２の実施例２と同様のものでありその説明を省略す
る。
【００７９】図８に示すように、制御装置３６は電流動
作点決定手段６を有している。整流回路３０により整流
された直流電力は、スイッチング素子３７、コイル３
８、ダイオード３９、および、キャパシタ４０より成る
定入力電流昇降圧回路４１により、電流動作点決定手段
６が決定した電流動作点となるように同期発電機３の出
力電流実効値を制御しつつ、バッテリー５の端子間電圧
に昇圧、または、降圧されバッテリー５に充電される。
ここで、定入力電流昇降圧回路５２は、風速に応じて変
化する整流回路４７の出力電圧が、バッテリー５の充電
電圧よりも低い場合は昇圧し、高い場合は降圧するよう
にスイッチング素子５２をＯＮ／ＯＦＦするタイミング
が制御するが、この時同時に、電流センサー５３で計測
された同期発電機３の出力電流の瞬時値より計算した出
力電流の実効値が、電流動作点決定手段６が決定した電
流動作点となるようにスイッチング素子４８をＯＮ／Ｏ
ＦＦするタイミングを制御する。
【００８０】同期発電機３は、実施例１に述べたのと同
様に、利用する出力電流の動作範囲において、エネルギ
ー変換効率が７０〜９０％となる平坦な特性となるよう
に最適化してあり、軸動力の大部分が発電電力に保存さ
れるようにしている。
【００８１】定入力電流昇降圧回路４１は、実施例１で
述べたのと同様に、電力変換効率が７０〜９５％となる
平坦な特性となるところで利用するようにしてあり、同
期発電機３より得られる発電電力の大部分をバッテリー
５に回収する事ができるようにしている。
【００８２】上記構成により、整流回路３０の出力電力
は、定入力電流昇降圧回路４１により、風速によって変
化する整流回路３０の出力電圧レベルに応じて、バッテ
リー５の充電電圧よりも高いとき降圧され、低い場合昇
圧されてバッテリー５に供給されるので、従来の風力発
電装置において、風速レベルが低く、整流回路の出力電
圧がバッテリーの充電電圧よりも低くなるような場合で
も、発電電力はバッテリーへの充電電力として有効利用
される。
【００８３】さらに、同期発電機３の出力電流を該電流
動作点で定電流制御すると、任意風速の風力エネルギー
から得ることができる最大の軸動力を風車１から得る事
ができ、軸動力の大部分は同期発電機３より発電電力と
して得る事ができ、同期発電機３より回収される発電電
力の大部分は定電流昇降圧回路４１を経てバッテリー５
に回収する事ができるので、同時にバッテリー５にも任
意風速の風力エネルギーから得ることができる最大の電
力を回収する事ができる。任意風速の風力エネルギーか
ら得る事ができる最大の電力をバッテリー５に回収する
ことができるので、風力エネルギーを有効利用して、発
電電力を高効率で回収する事ができる。
【００８４】（実施例４）図９は本発明の実施例４の風
力発電装置を示す構成図である。図において、１〜３、
５〜７は図１の実施例１と、２８〜３０は図２の実施例
２と同様のものでありその説明を省略する。
【００８５】図９に示すように、制御回路４２は電流動
作点決定手段６、および、電流設定値決定手段４３を有
している。整流回路３０により整流された直流電力は、
コイル４４、スイッチング素子４５、ダイオード４６、
キャパシタ４７、および、電圧センサ４８より成る定電
圧昇圧回路４９により、バッテリー５の充電電圧よりも
十分高い一定のある電圧値に昇圧されキャパシタ４７に
充電される。ここで、電圧センサ４８が計測したキャパ
シタ４７の端子電圧が、バッテリー５の充電電圧よりも
十分高いある一定の電圧となるようにスイッチング素子
４５をＯＮ／ＯＦＦするタイミングが制御される。
【００８６】キャパシタ４７に充電された一定電圧の直
流電力は、次段のスイッチング素子５０、ダイオード５
１、コイル５２、キャパシタ５３および、電流センサ５
４により成る定電流降圧回路５５により、後述する電流
設定値決定手段４３が決定した電流設定値となるように
バッテリー５へ供給される電流を定電流制御しつつ、バ
ッテリー５の充電電圧に降圧されてバッテリー５に供給
される。ここで、電流センサー５４で計測されたバッテ
リー５の充電電流が、該電流設定値となるように、スイ
ッチング素子５０をＯＮ／ＯＦＦするタイミングが制御
される。
【００８７】電流動作点決定手段６は、風速センサ７か
ら計測された風速から、実施例１に述べた方法により電
流動作点を決定する。電流設定値決定手段４３は、電圧
センサー５６で計測した同期発電機３の出力電圧の瞬時
値から計算した出力電圧の実効値と、電流動作点決定手
段６が決定した電流動作点と、定電圧昇圧回路４９の電
力変換効率と、定電流降圧回路５５の電力変換効率の積
をバッテリー５の充電電圧で割った商をバッテリー５に
供給する電流設定値として決定する。
【００８８】ここで、同期発電機３の出力電圧実効値Ｖ
G［Ｖ］と出力電流実効値ＩG［Ａ］の積、すなわち、同
期発電機３から供給される発電電力に、定電圧昇圧回路
４９の電力変換効率ηA［％］と定電流降圧回路５５の
電力変換効率ηB［％］を乗じた電力は、バッテリー５
の充電電圧ＶB［Ｖ］とバッテリー５の充電電流Ｉ
B［Ａ］の積、すなわち、バッテリー５に供給される電
力に保存されるから
【００８９】
【数１】
【００９０】（数１）よりバッテリー５への充電電流に
ついて解くと
【００９１】
【数２】
【００９２】（数２）において、発電機３の出力電流実
効値ＩG［Ａ］を、電流動作点決定手段６が決定した電
流動作点ＩGP［Ａ］とした場合において、バッテリー５
への充電電流ＩBP［Ａ］は
【００９３】
【数３】
【００９４】電流設定値決定手段４３は、（数３）より
バッテリー６７へ供給する電流の電流設定値ＩGP、を決
定し、定電流降圧回路５５がバッテリー５に供給する電
流をＩBPとなるように定電流制御すれば、間接的に、同
期発電機３の出力電流は、電流動作点決定手段６が決定
した電流動作点ＩGPとなるように制御され、風車１から
最大の軸動力が得られる風車１のトルク動作点で風車を
運転することになり、任意風速の風力エネルギーから得
ることができる最大の軸動力を風車１から得る事ができ
る。
【００９５】同期発電機３は、実施例１に述べたのと同
様に、利用する出力電流の動作範囲において、エネルギ
ー変換効率が７０〜９０％となる平坦な特性となるよう
に最適化してあり、軸動力の大部分が発電電力に保存さ
れるようにしている。
【００９６】定電圧昇圧回路４９および定電流降圧回路
５５は、電力変換効率が７０〜９５％となる平坦な特性
となるところで利用するようにしてあり、同期発電機３
より得られる発電電力の大部分をバッテリー５に回収す
る事ができるようにしている。
【００９７】上記構成により、整流回路３０の出力電力
は、定電圧昇圧回路４９により、バッテリー５の充電電
圧よりも十分高い直流電圧に昇圧された後、定電流降圧
回路５５により、バッテリー５の充電電圧に降圧されて
バッテリー５に供給されるので、従来の風力発電装置に
おいて、風速レベルが低く、整流回路の出力電圧がバッ
テリーの充電電圧よりも低くなるような場合でも、発電
電力はバッテリーへの充電電力として有効利用される。
【００９８】さらに、電流動作点決定手段６が決定した
電流動作点について、電流設定値決定手段５８が電流設
定値を決定し、該電流設定値となるように定電流降圧回
路５５がバッテリー５へ供給する電流を定電流制御すれ
ば、間接的に、同期発電機３の出力電流は、該電流動作
点で定電流制御され、風車１から最大の軸動力が得られ
るトルク動作点で風車１を運転することになり、任意風
速の風力エネルギーから得ることができる最大の軸動力
を風車１から得る事ができ、軸動力の大部分は同期発電
機３より発電電力として得る事ができ、同期発電機３よ
り回収される発電電力の大部分は定電圧昇圧回路４９お
よび定電流降圧回路５５を経てバッテリー５に回収する
事ができるので、同時にバッテリー５にも任意風速の風
力エネルギーから得ることができる最大の電力を回収す
る事ができる。任意風速の風力エネルギーから得る事が
できる最大の電力をバッテリー５に回収することができ
るので、風力エネルギーを有効利用して、発電電力を高
効率で回収する事ができる。
【００９９】（実施例５）図１０は本発明の実施例５の
風力発電装置を示す構成図である。図において、１〜
３、６〜７は図１の実施例１と、２８〜３０は図２の実
施例２と、４４〜４９、５６は図９の実施例４と同様の
ものでありその説明を省略する。
【０１００】図１０に示すように、制御装置５７は、電
流動作点決定手段６と電流設定値決定手段５８を有して
いる。
【０１０１】キャパシタ４７に充電された一定電圧の直
流電力は、次段のスイッチング素子５９〜６２、ノーマ
ルモードコイル６３、キャパシタ６４、および、電流セ
ンサ６５により成る定電流連系インバータ６６により、
電流設定値決定手段５８が決定した電流設定値となるよ
うに系統６７へ供給される電流を定電流制御しつつ、系
統への交流電力に変換されて系統６７に供給される。こ
こで、電流センサー６５で計測された系統５への出力電
流の瞬時値より計算される実効値が、後述する電流設定
値決定手段５８が決定する電流設定値となるように、ス
イッチング素子５９〜６２をＯＮ／ＯＦＦするタイミン
グが制御される。
【０１０２】電流動作点決定手段６は、風速センサ７よ
り計測された風速から、実施例１に述べた方法により電
流動作点を決定する。
【０１０３】電流設定値決定手段５８は、電圧センサー
５６で計測した同期発電機３の出力電圧の瞬時値から計
算した出力電圧実効値と、電流動作点決定手段６が決定
した電流動作点と、定電圧昇圧回路４９の電力変換効率
と、定電流連系インバータ６６の電力変換効率の積を系
統６７の電圧実効値で割った商を系６７に供給する電流
設定値として決定する。
【０１０４】ここで、同期発電機３の出力電圧実効値Ｖ
G［Ｖ］と出力電流実効値ＩG［Ａ］の積、すなわち、同
期発電機３から供給される電力に、定電圧昇圧回路４９
の電力変換効率ηA［％］と定電流連系インバータ６６
の電力変換効率ηB[％]を乗じた電力は、系統６７の交
流電圧の実効値ＶK［Ｖ］と系統６７への出力電流実効
値ＩK［Ａ］の積、すなわち、系統６７に供給される電
力に保存されるから。
【０１０５】
【数４】
【０１０６】（数４）より系統６７への出力電流実効値
ＩKについて解くと
【０１０７】
【数５】
【０１０８】（数５）において、発電機３の出力電流実
効値ＩG［Ａ］を、電流動作点決定手段６が決定した電
流動作点ＩGP［Ａ］とした場合において、系統６７への
出力電流実効値ＩKP［Ａ］は
【０１０９】
【数６】
【０１１０】電流設定値決定手段５８は、（数６）より
系統６７へ出力する電流の電流設定値ＩKP、を決定し、
定電流連系インバータ６６が系統６７に供給する電流を
ＩKPとなるように定電流制御すれば、間接的に、同期発
電機３の出力電流は、電流動作点決定手段６が決定した
電流動作点ＩGPとなるように制御され、風車１から最大
の軸動力が得られる風車１のトルク動作点で風車を運転
することになり、任意風速の風力エネルギーから得るこ
とができる最大の軸動力を風車１から得る事ができる。
【０１１１】同期発電機３は、実施例１に述べたのと同
様に、利用する出力電流の動作範囲において、エネルギ
ー変換効率が７０〜９０％となる平坦な特性となるよう
に最適化してあり、軸動力の大部分が発電電力に保存さ
れるようにしている。
【０１１２】定電圧昇圧回路４９および定電流連係イン
バータ６６は、電力変換効率が７０〜９５％となる平坦
な特性となるところで利用するようにしてあり、同期発
電機３より得られる発電電力の大部分を系統６７に回収
する事ができるようにしている。
【０１１３】上記構成により、同期発電機３の出力電圧
を、系統６７の交流電圧の最大値よりも高い一定の直流
電圧に昇圧した後、系統６７への交流電力に変換するの
で、従来の風力発電装置において、風速レベルが低く、
整流回路の出力電圧がバッテリーの充電電圧よりも低く
なるような場合でも、発電電力は系統への出力電力とし
て有効利用される。
【０１１４】さらに、電流動作点決定手段６が決定した
電流動作点について、電流設定値決定手段５８が電流設
定値を決定し、該電流設定値となるように定電流連係イ
ンバータ６６が系統６７へ供給する電流を定電流制御す
れば、間接的に、同期発電機３の出力電流は、該電流動
作点で定電流制御され、風車１から最大の軸動力が得ら
れるトルク動作点で風車１を運転することになり、任意
風速の風力エネルギーから得ることができる最大の軸動
力を風車１から得る事ができ、軸動力の大部分は同期発
電機３より発電電力として得る事ができ、同期発電機３
より回収される発電電力の大部分は定電圧昇圧回路４９
および定電流連係インバータ６６を経て系統６７に回収
する事ができるので、同時に系統６７にも任意風速の風
力エネルギーから得ることができる最大の電力を回収す
る事ができる。任意風速の風力エネルギーから得る事が
できる最大の電力をバッテリー５に回収することができ
るので、風力エネルギーを有効利用して、発電電力を高
効率で回収する事ができる。
【０１１５】（実施例６）図１１は本発明の実施例６の
風力発電装置を示す構成図である。図において、１〜
３、５〜７は図１の実施例１と、２８〜３０は図２の実
施例２と、５６は図９の実施例４と同様のものでありそ
の説明を省略する。
【０１１６】図１１に示すように、制御装置４は電流動
作点決定手段６と電流設定値決定手段６９を有してい
る。整流回路３０により整流された直流電力は、スイッ
チング素子７０、コイル７１、ダイオード７２、キャパ
シタ７３、および、電流センサ７４より成る定電流昇降
圧回路７５により、電流設定値決定手段６９が決定した
電流設定値となるようにバッテリー５へ供給される電流
を定電流制御しつつ、バッテリー５の端子間電圧に昇
圧、または、降圧されバッテリー５に充電される。ここ
で、定電流昇降圧回路１０３は、整流回路３０の出力電
圧が、バッテリー５の充電電圧よりも低い場合は昇圧
し、高い場合は降圧するようにスイッチング素子７５を
ＯＮ／ＯＦＦするタイミングが制御される。同時に、電
流センサー７４で計測されたバッテリー５の充電電流
が、後述する電流設定値決定手段６９が決定する電流設
定値となるように、スイッチング素子７０をＯＮ／ＯＦ
Ｆするタイミングが制御される。
【０１１７】電流動作点決定手段６は、風速センサ７よ
り計測された風速から、実施例１に述べた方法により電
流動作点を決定する。電流設定値決定手段６９は、電圧
センサー７で計測した同期発電機３の出力電圧の瞬時値
から計算した出力電圧の実効値と、電流動作点決定手段
６が決定した電流動作点と、定電流昇降圧回路７５の電
力変換効率の積をバッテリー５の充電電圧で割った商を
バッテリー５に供給する電流設定値として決定する。
【０１１８】ここで、同期発電機３の出力電圧実効値Ｖ
G［Ｖ］と出力電流実効値ＩG［Ａ］の積、すなわち、同
期発電機３から供給される発電電力に、定電流昇降圧回
路７５の電力変換効率ηA［％］を乗じた電力は、バッ
テリー５の充電電圧ＶB［Ｖ］とバッテリー５の充電電
流ＩB［Ａ］の積、すなわち、バッテリー５に供給され
る電力に保存されるから
【０１１９】
【数７】
【０１２０】（数７）よりバッテリー５への充電電流に
ついて解くと
【０１２１】
【数８】
【０１２２】（数８）において、発電機３の出力電流実
効値ＩG［Ａ］を、電流動作点決定手段６が決定した電
流動作点ＩGP［Ａ］とした場合において、バッテリー５
への充電電流ＩBP［Ａ］は
【０１２３】
【数９】
【０１２４】電流設定値決定手段６９は、（数９）より
バッテリー５へ供給する電流の電流設定値ＩGPを決定
し、定電流昇降圧回路５５がバッテリー５に供給する電
流をＩ BPとなるように定電流制御すれば、間接的に、同
期発電機３の出力電流は、電流動作点決定手段６が決定
した電流動作点ＩGPとなるように制御され、風車１から
最大の軸動力が得られる風車１のトルク動作点で風車を
運転することになり、任意風速の風力エネルギーから得
ることができる最大の軸動力を風車１から得る事ができ
る。
【０１２５】同期発電機３は、実施例１に述べたのと同
様に、利用する出力電流の動作範囲において、エネルギ
ー変換効率が７０〜９０％となる平坦な特性となるよう
に最適化してあり、軸動力の大部分が発電電力に保存さ
れるようにしている。
【０１２６】定電圧昇降圧回路７５は、電力変換効率が
７０〜９５％となる平坦な特性となるところで利用する
ようにしてあり、同期発電機３より得られる発電電力の
大部分をバッテリー５に回収する事ができるようにして
いる。
【０１２７】上記構成により、整流回路３０の出力電圧
は、風速によって決まる電圧レベルに応じて、定電流昇
降圧回路７５により、バッテリー５の充電電圧に昇降圧
されるので、従来の風力発電装置において、風速レベル
が低く、整流回路３０の出力電圧がバッテリー５の充電
電圧よりも低くなるような場合でも、発電電力はバッテ
リー５への充電電力として有効利用される。
【０１２８】さらに、電流動作点決定手段６が決定した
電流動作点について、電流設定値決定手段６９が電流設
定値を決定し、該電流設定値となるように定電流昇降圧
回路７５がバッテリー５へ供給する電流を定電流制御す
れば、間接的に、同期発電機３の出力電流は、該電流動
作点で定電流制御され、風車１から最大の軸動力が得ら
れるトルク動作点で風車１を運転することになり、任意
風速の風力エネルギーから得ることができる最大の軸動
力を風車１から得る事ができ、軸動力の大部分は同期発
電機３より発電電力として得る事ができ、同期発電機３
より回収される発電電力の大部分は定電流昇降圧回路７
５を経てバッテリー５に回収する事ができるので、同時
にバッテリー５にも任意風速の風力エネルギーから得る
ことができる最大の電力を回収する事ができる。任意風
速の風力エネルギーから得る事ができる最大の電力をバ
ッテリー５に回収することができるので、風力エネルギ
ーを有効利用して、発電電力を高効率で回収する事がで
きる。
【０１２９】（実施例７）図１２は本発明の実施例７の
風力発電装置を示す構成図である。図において、１〜
３、５〜７は図１の実施例１と、５０〜５６は図９の実
施例４と同様のものでありその説明を省略する。
【０１３０】図１２に示すように、制御装７６は、電流
動作点決定手段６と電流設定値決定手段７７を有してお
り、同期発電機３の３相の交流出力は、コイル７８〜８
０、スイッチング素子８１〜８６、キャパシタ８７、お
よび、電圧センサ８８より成る定電圧コンバータ８９に
より、バッテリー５の充電電圧よりも十分高い一定のあ
る電圧値に昇圧されキャパシタ８７に充電される。ここ
で、電圧センサ８８が計測したキャパシタ８７の端子電
圧が、バッテリー５の充電電圧よりも十分高いある一定
の電圧となるようにスイッチング素子８１〜８６をＯＮ
／ＯＦＦするタイミングが制御される。
【０１３１】電流動作点決定手段６は、風速センサ７よ
り計測された風速から、実施例１に述べた方法により電
流動作点を決定する。
【０１３２】電流設定値決定手段７７は、電圧センサー
５６で計測した同期発電機３の出力電圧の瞬時値から計
算した出力電圧実効値と、電流動作点決定手段６が決定
した電流動作点と、定電圧コンバータ８９の電力変換効
率と、定電流降圧回路５５の電力変換効率の積をバッテ
リー５の充電電圧で割った商をバッテリー５に供給する
電流設定値として決定する。
【０１３３】ここで、同期発電機３の出力電圧実効値Ｖ
G［Ｖ］と出力電流実効値ＩG［Ａ］の積、すなわち、同
期発電機３から供給される電力に、定電圧コンバータ８
９の電力変換効率ηA［％］と定電流降圧回路５５の電
力変換効率ηB［％］を乗じた電力が、バッテリー５の
充電電圧ＶB［Ｖ］とバッテリー５の充電電流ＩB［Ａ］
の積、すなわち、バッテリー５に供給される電力に保存
されるから
【０１３４】
【数１０】
【０１３５】（数１０）よりバッテリー５の充電電流に
ついて解くと
【０１３６】
【数１１】
【０１３７】（数１１）において、発電機３の出力電流
実効値ＩG［Ａ］を、電流動作点決定手段６が決定した
電流動作点ＩGP［Ａ］とした場合において、バッテリー
５の充電電流ＩBP［Ａ］は
【０１３８】
【数１２】
【０１３９】電流設定値決定手段７７は、（数１２）よ
りバッテリー５へ供給する電流の電流設定値ＩGP、を決
定し、定電流降圧回路５５がバッテリー５に供給する電
流をＩBPとなるように定電流制御すれば、間接的に、同
期発電機３の出力電流は、電流動作点決定手段６が決定
した電流動作点ＩGPとなるように制御され、風車１から
最大の軸動力が得られる風車１のトルク動作点で風車を
運転することになり、任意風速の風力エネルギーから得
ることができる最大の軸動力を風車１から得る事ができ
る。
【０１４０】同期発電機３は、実施例１に述べたのと同
様に、利用する出力電流の動作範囲において、エネルギ
ー変換効率が７０〜９０％となる平坦な特性となるよう
に最適化してあり、軸動力の大部分が発電電力に保存さ
れるようにしている。
【０１４１】定電圧昇圧コンバータ８９および定電流降
圧回路５５は、電力変換効率が７０〜９５％となる平坦
な特性となるところで利用するようにしてあり、同期発
電機３より得られる発電電力の大部分をバッテリー５に
回収する事ができるようにしている。
【０１４２】上記構成により、同期発電機３の出力電力
は、定電圧昇コンバータ８９により、バッテリー５の充
電電圧よりも十分高い直流電圧に昇圧された後、定電流
降圧回路５５により、バッテリー５の充電電圧に降圧さ
れてバッテリー５に供給されるので、従来の風力発電装
置において、風速レベルが低く、整流回路の出力電圧が
バッテリーの充電電圧よりも低くなるような場合でも、
発電電力はバッテリーへの充電電力として有効利用され
る。
【０１４３】さらに、電流動作点決定手段６が決定した
電流動作点について、電流設定値決定手段７７が電流設
定値を決定し、該電流設定値となるように定電流降圧回
路５５がバッテリー５へ供給する電流を定電流制御すれ
ば、間接的に、同期発電機３の出力電流は、該電流動作
点で定電流制御され、風車１から最大の軸動力が得られ
るトルク動作点で風車１を運転することになり、任意風
速の風力エネルギーから得ることができる最大の軸動力
を風車１から得る事ができ、軸動力の大部分は同期発電
機３より発電電力として得る事ができ、同期発電機３よ
り回収される発電電力の大部分は定電圧昇圧コンバータ
８９および定電流降圧回路５５を経てバッテリー５に回
収する事ができるので、同時にバッテリー５にも任意風
速の風力エネルギーから得ることができる最大の電力を
回収する事ができる。任意風速の風力エネルギーから得
る事ができる最大の電力をバッテリー５に回収すること
ができるので、風力エネルギーを有効利用して、発電電
力を高効率で回収する事ができる。
【０１４４】（実施例８）図１３は本発明の実施例８の
風力発電装置を示す構成図である。図において、１〜
３、６〜７は図１の実施例１と、５９〜６７は図１０の
実施例５と、７８〜８９は図１２の実施例７と同様のも
のでありその説明を省略する。
【０１４５】図１３に示すように、制御装置４は、電流
動作点決定手段６と電流設定値決定手段９１を有してい
る。電流設定値決定手段９１は、電圧センサー５６で計
測した同期発電機３の出力電圧の瞬時値から計算した電
圧の実効値と、電流動作点決定手段６が決定した電流動
作点と、定電圧コンバータ８９の電力変換効率と、定電
流連系インバータ６６の電力変換効率の積を系統６７の
電圧実効値で割った商を系統６７に供給する電流の設定
値として決定する。
【０１４６】ここで、同期発電機３の出力電圧実効値Ｖ
G［Ｖ］と出力電流実効値ＩG［Ａ］の積、すなわち、同
期発電機３から供給される電力に、定電圧コンバータ８
９の電力変換効率ηA［％］と定電流連系インバータ６
６の電力変換効率ηB［％］を乗じた電力は、系統６７
の交流電圧の実効値ＶK［Ｖ］と系統６７の出力電流実
効値ＩK［Ａ］の積、すなわち、系統６７に供給される
電力に保存されるから
【０１４７】
【数１３】
【０１４８】（数１３）より系統６７への出力電流につ
いて解くと
【０１４９】
【数１４】
【０１５０】（数１４）において、発電機３の出力電流
実効値をＩG［Ａ］、電流動作点決定手段６が決定した
電流動作点ＩGP［Ａ］とした場合において、バッテリー
５への充電電流ＩKP［Ａ］は
【０１５１】
【数１５】
【０１５２】電流設定値決定手段９１は、（数１５）よ
り系統６７へ出力する電流の電流設定値ＩKP、を決定
し、定電流連系インバータ６６が系統６７に供給する電
流をＩ KPとなるように定電流制御すれば、間接的に、同
期発電機３の出力電流は、電流動作点決定手段６が決定
した電流動作点ＩGPとなるように制御され、風車１から
最大の軸動力が得られる風車１のトルク動作点で風車を
運転することになり、任意風速の風力エネルギーから得
ることができる最大の軸動力を風車１から得る事ができ
る。
【０１５３】同期発電機３は、実施例１に述べたのと同
様に、利用する出力電流の動作範囲において、エネルギ
ー変換効率が７０〜９０％となる平坦な特性となるよう
に最適化してあり、軸動力の大部分が発電電力に保存さ
れるようにしている。
【０１５４】定電圧昇圧コンバータ８９および定電流連
係インバータ６６は、電力変換効率が７０〜９５％とな
る平坦な特性となるところで利用するようにしてあり、
同期発電機３より得られる発電電力の大部分を系統６７
に回収する事ができるようにしている。
【０１５５】上記構成により、同期発電機３の出力電圧
を、系統６７の交流電圧の最大値よりも高い一定の直流
電圧に昇圧した後、系統６７への交流電力に変換するの
で、従来の風力発電装置において、風速レベルが低く、
整流回路の出力電圧がバッテリーの充電電圧よりも低く
なるような場合でも、発電電力は系統への出力電力とし
て有効利用される。
【０１５６】さらに、電流動作点決定手段６が決定した
電流動作点について、電流設定値決定手段９１が電流設
定値を決定し、該電流設定値となるように定電流連係イ
ンバータ６６が系統６７へ供給する電流を定電流制御す
れば、間接的に、同期発電機３の出力電流は、該電流動
作点で定電流制御され、風車１から最大の軸動力が得ら
れるトルク動作点で風車１を運転することになり、任意
風速の風力エネルギーから得ることができる最大の軸動
力を風車１から得る事ができ、軸動力の大部分は同期発
電機３より発電電力として得る事ができ、同期発電機３
より回収される発電電力の大部分は定電圧昇圧コンバー
タ８９および定電流連係インバータ６６を経て系統６７
に回収する事ができるので、同時に系統６７にも任意風
速の風力エネルギーから得ることができる最大の電力を
回収する事ができる。任意風速の風力エネルギーから得
る事ができる最大の電力をバッテリー５に回収すること
ができるので、風力エネルギーを有効利用して、発電電
力を高効率で回収する事ができる。
【０１５７】なお、実施例１では、電流動作点決定手段
は、風速を一定とした場合の風車のトルクと軸動力の関
係を示す風車の出力特性曲線において、該軸動力が最大
となる動作点から前記風車の軸動力が最大となる風速と
前記風車のトルクとの相関曲線を求め、該相関曲線か
ら、風速の現在値において軸動力が最大値をとる風車の
トルクをトルク動作点として決定し、前記風車のトルク
と出力電流の相関曲線から、該トルク動作点に相応する
発電機の出力電流を電流動作点として決定しているが、
電流動作点決定手段は、風速を一定とした場合の発電機
の電流と発電電力の関係を示す出力特性曲線において、
該発電電力が最大となる動作点から発電機の発電電力が
最大となる風速と発電機の発電電力との相関曲線を求
め、該相関曲線から、風速の現在値において発電機の発
電電力が最大となる発電機の出力電流を電流動作点とし
て決定しても、その作用効果に差異を生じない。
【０１５８】この電流動作点決定手段について図１４〜
図１５に従って説明する。
【０１５９】図１４は風速をパラメータとした同期発電
機３の出力電流実効値と風車１の軸動力の関係を示す風
車に連結された発電機３の出力特性であって、この出力
特性より、風速Ｖk（ｋ＝１，２，３・・・）を一定と
した場合、軸動力が最大となる最大動作点Ｐk（ｋ＝
１，２，３・・・）における電流動作点は、図示するＩ
k（ｋ＝１，２，３・・・）となる。電流動作点決定手
段６は、図１４で示す最大動作点Ｐk（ｋ＝１，２，３
・・・）における風速ｖk（ｋ＝１，２，３・・・）と
電流動作点Ｉk（ｋ＝１，２，３・・・）の関係をプロ
ットして、図１５で示すような、軸動力が最大となる風
速と風車１に連結された同期発電機３の出力電流実行値
の相関特性を求め、この相関特性において、風速の現在
値に対応する電流を電流動作点として決定する。
【０１６０】なお、実施例１〜実施例８では、発電機に
同期発電機を用いているが、誘導発電機を用いてもその
作用効果に差異を生じない。
【０１６１】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明によれば、整流回路の出力電圧をバッテリーの充電電
圧よりも高い一定の直流電圧に昇圧した後バッテリーの
充電電圧に降圧するか、整流回路の出力する直流電力を
系統電圧の最大値よりも高い一定電圧の直流電力に変換
した後系統への交流電力に変換して連系出力するか、風
速により決まる整流回路の出力電圧レベルに応じて整流
回路の出力電圧をバッテリーの充電電圧に昇降圧する
か、発電機の交流出力をバッテリーの充電電圧よりも高
い一定の直流電力に変換した後バッテリーへの充電電圧
に降圧するか、発電機の交流出力を系統電圧の最大値よ
りも高い一定の直流電力に変換した後系統への交流電力
に変換して連系出力するので、従来の風力発電装置のよ
うに整流回路の出力電圧がバッテリーの電圧よりも低い
場合でも、発電電力をバッテリー、または、系統に供給
して発電電力を有効利用することができる。
【０１６２】また、風速に応じて風車の軸動力が最大と
なるトルク動作点に相応する前期発電機の電流動作点と
なるように、発電機の出力電流を直接制御するか、該電
流動作点に相応するバッテリーへの充電電流となるよう
に間接的にバッテリーへの充電電流を制御するか、該電
流動作点に相応する系統への出力電流となるように間接
的に系統への出力電流を制御して、風車の軸動力が最大
となるトルク動作点で運転させることにより、風力エネ
ルギーを有効利用して高効率に発電電力をバッテリーま
たは系統に回収できるという効果のある風力発電装置を
提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１の風力発電装置の構成図
【図２】同風速をパラメータとした風車のトルクと軸動
力の関係を示す風車の出力特性を示す図
【図３】同軸動力が最大となる風速とトルクの関係を示
す相関特性を示す図
【図４】風車に連結された同期発電機の出力電流実効値
と軸に発生するトルクの相関特性を示す図
【図５】増速器を介して風車に連結される同期発電機の
出力電流とエネルギー変換効率の相関特性を示す図
【図６】偏差電圧と充電電流との相関グラフ
【図７】本発明の実施例２の風力発電装置を示す構成図
【図８】本発明の実施例３の風力発電装置を示す構成図
【図９】本発明の実施例４の風力発電装置を示す構成図
【図１０】本発明の実施例５の風力発電装置を示す構成
図
【図１１】本発明の実施例６の風力発電装置を示す構成
図
【図１２】本発明の実施例７の風力発電装置を示す構成
図
【図１３】本発明の実施例８の風力発電装置を示す構成
図
【図１４】風速をパラメータとした同期発電機の出力電
流実効値と風車の軸動力の関係を示す風車に連結された
発電機の出力特性を示す図
【図１５】軸動力が最大となる風速と風車に連結された
同期発電機の出力電流実行値の相関特性を示す図
【図１６】従来の風力発電装置を示す構成図
【図１７】風速をパラメータとした風車に連結された発
電機の電圧と電流の相関特性を示す図
【符号の説明】
１ 風車 ３ 同期発電機 ４ 制御装置 ５ バッテリー ６ 電流動作点決定手段 １９ 定入力電流コンバータ ２６ 定電流降圧回路 ２７ 制御装置 ３０ 整流回路 ３５ 定入力電流昇圧回路 ３６ 制御装置 ４１ 定入力電流昇降圧回路 ４２ 制御装置 ４３ 電流設定値決定手段 ４９ 定電圧昇圧回路 ５５ 定電流降圧回路 ５７ 制御装置 ５８ 電流設定値決定手段 ６６ 定電流連系インバータ ６８ 制御装置 ６９ 電流設置値決定手段 ７５ 定電流昇降圧回路 ７６ 制御装置 ７７ 電流設定値決定手段 ８９ 定電圧コンバータ ９０ 制御装置 ９１ 電流設定値決定手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB04 BB11 CC01 CC22 CC32 5H590 AA02 CA14 CC01 CD01 CD03 CD10 CE01 CE02 DD72 EA07 EB13 EB21 FA08 FB01 GA04 HA04 HA12 HA27 HA28

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 風車で駆動される発電機より発電電力を
    得るようにした風力発電装置において、風速に応じて前
    記風車の軸動力が最大となるトルク動作点に相応する前
    期発電機の電流動作点を決定する電流動作点決定手段を
    有し、前記発電機から出力される電流を該電流動作点と
    なるように制御することにより、前記風車の軸動力が最
    大となるトルク動作点で風車を運転して、前記発電機よ
    り最大電力を取り出す事ができるようにした制御装置を
    備えた事を特徴とする風力発電装置。
  2. 【請求項２】 電流動作点決定手段は、風速を一定とし
    た場合の風車のトルクと軸動力の関係を示す前記風車の
    出力特性曲線において、該軸動力が最大となる動作点か
    ら前記風車の軸動力が最大となる風速と前記風車のトル
    クとの相関曲線を求め、該相関曲線から、風速の現在値
    において軸動力が最大値をとる前記風車のトルクをトル
    ク動作点として決定し、前記風車のトルクと出力電流の
    相関曲線から、該トルク動作点に相応する発電機の出力
    電流を電流動作点として決定する事を特徴とする請求項
    １記載の風力発電装置 。
  3. 【請求項３】 電流動作点決定手段は、風速を一定とし
    た場合の発電機の電流と発電電力の関係を示す出力特性
    曲線において、該発電電力が最大となる動作点から前記
    発電機の発電電力が最大となる風速と前記発電機の発電
    電力との相関曲線を求め、該相関曲線から、風速の現在
    値において前記発電機の発電電力が最大となる前記発電
    機の出力電流を電流動作点として決定する事を特徴とす
    る請求項１記載の風力発電装置。
  4. 【請求項４】 発電機の出力電流を電流動作点決定手段
    が決定した電流動作点となるように制御しつつ、前記発
    電機の単相または多相の交流出力を直流電力に変換する
    定入力電流コンバータを有する制御装置を備えた事を特
    徴とする請求項１、２または３記載の風力発電装置。
  5. 【請求項５】 発電機の単相または多相の交流出力を整
    流する整流回路と、電流動作点決定手段が決定した電流
    動作点となるように前記発電機の出力電流を制御しつつ
    前記整流回路の出力電圧を昇圧する定入力電流昇圧回路
    を有する制御装置を備えた事を特徴とする請求項１、２
    または３記載の風力発電装置。
  6. 【請求項６】 発電機の単相または多相の交流出力を整
    流する整流回路と、電流動作点決定手段が決定した電流
    動作点となるように前記発電機の出力電流を制御しつ
    つ、前記整流回路の出力電圧を昇圧または降圧する定入
    力電流昇降圧回路を有する制御装置を備えた事を特徴と
    する請求項１、２または３記載の風力発電装置。
  7. 【請求項７】 発電機の発電出力を充電装置に充電する
    ことで発電電力を回収するようにした風力発電装置にお
    いて、前記発電機の出力電流が電流動作点決定手段が決
    定した電流動作点となるのに相応する前記充電装置に供
    給する電流を設定値として決定する電流設定値決定手段
    と、前記発電機の単相または多相の交流出力を整流する
    整流回路と、前期整流回路の出力電圧が前記充電装置の
    充電電圧よりも高い一定の直流電圧に昇圧する定電圧昇
    圧回路と、該電流設定値となるように前記充電装置に供
    給する電流を制御しつつ前記定電圧昇圧回路が昇圧した
    一定の直流電圧を前記充電装置の充電電圧に降圧する定
    電流降圧回路を備え、前記充電装置に供給する電流が該
    電流設定値となるように制御する事によって、前記発電
    機の出力電流が該電流動作点となるように制御する制御
    装置を備えた事を特徴とする請求項１、２または３に記
    載の風力発電装置。
  8. 【請求項８】 発電機の発電出力を系統に出力すること
    で発電電力を回収するようにした風力発電装置におい
    て、前記発電機の出力電流が電流動作点決定手段が決定
    した電流動作点となるのに相応する前記系統に供給する
    電流を電流設定値として決定する電流設定値決定手段
    と、前記発電機の単相または多相の交流出力を整流する
    整流回路と、前期整流回路の出力電圧が前記系統の充電
    電圧よりも高い一定の直流電圧に昇圧する定電圧昇圧回
    路と、該電流設定値となるように前記系統に供給する電
    流を制御しつつ前記定電圧コンバータが変換した一定電
    圧の直流電力を前記系統への交流電力に変換する定電流
    連系インバータを備え、前記系統に供給する電流が該電
    流設定値となるように制御する事により、前記発電機の
    出力電流が該電流動作点となるように制御する制御装置
    を備えた事を特徴とする請求項１、２または３記載の風
    力発電装置。
  9. 【請求項９】 発電機の発電出力を充電装置に充電する
    ことで発電電力を回収するようにした風力発電装置にお
    いて、前記発電機の出力電流が電流動作点決定手段が決
    定した電流動作点となるのに相応する前記充電装置に供
    給する電流を電流設定値として決定する電流設定値決定
    手段と、前記発電機の単相または多相の交流出力を整流
    する整流回路と、該電流設定値となるように前記充電装
    置に供給する電流を制御しつつ前期整流回路が整流した
    直流電圧を前記充電装置の充電電圧に昇圧または降圧す
    る定電流昇降圧回路を備え、前記充電装置に供給する電
    流が該電流設定値となるように制御する事により、前記
    発電機の出力電流が該電流動作点となるように制御する
    制御装置を備えた事を特徴とする請求項１、２または３
    記載の風力発電装置。
  10. 【請求項１０】 発電機の発電出力を充電装置に充電す
    ることで発電電力を回収するようにした風力発電装置に
    おいて、前記発電機の出力電流が電流動作点決定手段が
    決定した電流動作点となるのに相応する前記充電装置に
    供給する電流を電流設定値として決定する電流設定値決
    定手段と、前記発電機の単相または多相の交流出力を系
    統の交流電圧の最大値よりも高い一定電圧の直流電力に
    変換する定電圧コンバータと、該電流設定値となるよう
    に前記充電装置に供給する電流を制御しつつ前記定電圧
    コンバータが変換した一定電圧の直流電圧を前記充電装
    置の充電電圧に降圧する定電流降圧回路を備え、前記充
    電装置に供給する電流が該電流設定値となるように制御
    する事により、前記発電機の出力電流が該電流動作点と
    なるように制御する制御装置を備えた事た事を特徴とす
    る請求項１、２または３記載の風力発電装置。
  11. 【請求項１１】 発電機の発電出力を系統に出力するこ
    とで発電電力を回収するようにした風力発電装置におい
    て、前記発電機の出力電流が電流動作点決定手段が決定
    した電流動作点となるのに相応する前記系統に供給する
    電流を電流設定値として決定する電流設定値決定手段
    と、前記発電機の単相または多相の交流出力を系統の交
    流電圧の最大値よりも高い一定電圧の直流電力に変換す
    る定電圧コンバータと、該電流設定値となるように前記
    系統に供給する電流を制御しつつ前記定電圧コンバータ
    が変換した一定電圧の直流電力を前記系統への交流電力
    に変換する定電流連系インバータを備え、前記系統に供
    給する電流が該電流設定値となるように制御する事によ
    り、前記発電機の出力電流が該電流動作点となるように
    制御する制御装置を備えた事を特徴とする請求項１、２
    または３記載の風力発電装置。
  12. 【請求項１２】 電流動作点決定手段が決定した電流動
    作点と発電機の出力電圧実効値と定電圧昇圧回路の電力
    変換効率と定電流降圧回路の電力変換効率の積を充電装
    置の充電電圧で割った商を前記充電装置に供給する電流
    設定値として決定する電流設定値決定手段を備えたこと
    を特徴とする請求項７記載の風力発電装置。
  13. 【請求項１３】 電流動作点決定手段が決定した電流動
    作点と発電機の出力電圧実効値と定電圧昇圧回路の電力
    変換効率と定電流連系インバータの電力変換効率の積を
    系統の電圧実効値で割った商を前記系統に供給する出力
    電流の設定値として決定する電流設定値決定手段を備え
    たことを特徴とする請求項８記載の風力発電装置。
  14. 【請求項１４】 電流動作点決定手段が決定した電流動
    作点と発電機の出力電圧実効値と定電流昇降圧回路の電
    力変換効率の積を充電装置の充電電圧で割った商を前記
    充電装置に供給する出力電流の設定値として決定する電
    流設定値決定手段を備えたことを特徴とする請求項９記
    載の風力発電装置。
  15. 【請求項１５】 電流動作点決定手段が決定した電流動
    作点と発電機の出力電圧実効値と定電圧コンバータの電
    力変換効率と定電流降圧回路の電力変換効率の積を系統
    の電圧実効値で割った商を前記系統に供給する出力電流
    の設定値として決定する電流設定値決定手段を備えたこ
    とを特徴とする請求項１０記載の風力発電装置。
  16. 【請求項１６】 電流動作点決定手段が決定した電流動
    作点と発電機の出力電圧実効値と定電圧コンバータの電
    力変換効率と定電流連系インバータの電力変換効率の積
    を系統の電圧実効値で割った商を前記系統に供給する出
    力電流の設定値として決定する電流設定値決定手段を備
    えたことを特徴とする請求項１１記載の風力発電装置。
  17. 【請求項１７】 発電機のエネルギー変換効率が、前記
    発電機の出力電流の利用範囲で、限りなく１００％に近
    い平坦な特性となるように前記発電機を最適化した事を
    特徴とする請求項１、２または３記載の風力発電装置。
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